面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法和装置与流程

本发明属于3d打印领域，尤其涉及一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法和装置。

背景技术：

熔融成型增材制造可以完成复杂结构零件的成型，但成型件的表面质量不高；减材制造可以提高已成型零件的表面质量，但对复杂表面的加工难度较大。综合增减材制造各自的优点，将二者结合既可以高效快速完成复杂零件的近净成型，又可以保证加工精度，有很重要的研究意义。尤其是在控制加工路径规划方法，如何自动生成统一的数控代码控制设备实现增材和减材加工过程是急需研究的。

其一，目前增材制造系统的工作过程是，利用设计出的计算机三维模型，对模型选择合适的分层方向与厚度，将目标三维模型分层离散为一组有序的二维轮廓集合，每一层的二维轮廓即为一个切片；然后，根据每层切片的二维轮廓信息，调整工艺参数，获得增材制造设备可识别的路径规划轨迹的数控代码，逐点处理即可完成增材制造单层处理过程；最后，根据已获得的每层数控代码，按照其扫描轨迹逐层加工，并使用不同的工艺将各层粘结在一起，即可得到一个完整的三维模型实体。

其二、减材制造是通过计算机辅助设计(cad)和制造(cam)软件，提前确定好刀具、加工工艺等参数标准，利用ug中的数控加工(cnc)模块，在图形方式下观测刀具沿轨迹运动，并进行图形化修改，实现通用的点位加工编程功能，从而在实体模型上自动生成加工程序代码并保存，进而完成控制和驱动主轴、进给等系统做铣削、钻孔等操作。无论如何，增材制造具有个性化、复杂结构制造的能力，但是加工表面质量和精度不足；减材制造具有高精度和高质量加工能力，但是对复杂结构的加工能力效率偏低；由此集成增材与减材的加工方法逐步成为研究热点。由于增材制造加工零件结构的复杂性，一些待加工表面在完全打印后不易加工表面，因此，对于复杂结构的零件，采用增材完再减材的方式，加工表面质量和精度仍然难以保证。

如何提高增减材制造过程中复杂零件表面质量和精度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法和装置，该方法通过对增材制造数控代码解析，采用用户输入的减材制造参数对其进行修改得到减材数控代码，进而得到符合代码，并且每次减材是在增材一部分层数之后进行的，实现了增减交替的“边打边切”功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法，包括以下步骤：

接收待打印模型的增材制造数控代码；

接收用户输入的减材制造工艺参数；

接收用户输入的减材制造工艺参数，所述减材制造工艺参数包括切削分层数，表示每次进行减材前增材的层数，这些层即为特征层；

针对每个特征层对应的增材制造数控代码，从所述增材制造数控代码中提取增材制造的特征代码，替换成减材制造的特征代码，生成所述特征层对应的减材制造数控代码；

根据各特征层对应的增材制造数控代码和减材制造数控代码生成增材和减材复合的数控代码。

进一步地，所述增材和减材复合的数控代码由每个特征层的增材制造数控代码和减材制造数控代码组成。

进一步地，接收待打印模型的增材制造数控代码后还对所述数控代码进行解析，得到并显示打印层数、熔丝温度、平台温度、线材直径、喷嘴直径和打印层厚。

进一步地，输入的减材制造工艺参数还包括：主轴转速、径向切深、轴向切深和进给速度。

进一步地，所述生成所述特征层对应的减材制造数控代码包括：

解析所述特征层的增材制造数控代码，提取要减材部分的刀具路径代码；

从所述刀具路径代码中删除送丝长度，加入控制主轴开关代码以及减材工艺参数代码，生成所述特征层的减材制造数控代码。

进一步地，若所述模型文件为stl文件，首先通过转换工具转换为增材制造数控代码。

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的数控代码生成方法。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行所述的面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法。

本发明的有益效果

本发明针对增材制造模型表面质量不高的问题，设计了一种增材减材交替进行的方法，确定每增材多少层高进行减材，减材时将这部分路径提取出来，根据用户输入的减材加工的工艺参数，如主轴转速，进给速度，进给量等，生成减材的gcode，最后将增材减材加工代码集成到一起得到符合数控代码，相比于传统的增材完成后再进行检测的方式，采用本发明生成的数控代码能够得到表面质量更好的模型。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为现有增减材复合制造软件的工作流程；

图2为本发明面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法流程图；

图3为根据本发明代码生成方法所设计的软件界面示例。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

对增减材复合制造软件的工作流程如图1所示：1.模型载入、2.对模型分层、3.将每层信息划分组件、4.路径填充、5.gcode生成。

增减材复合制造软件在模型载入、分层和划分组件部分都没有改变，需要强调一点的是在软件里分层是把模型放在xy平面上，z轴对应的是模型的高度，在这个方向上每隔一定高度就用一个xy平面去和模型相交作层切片。

将模型划分组件并对组件进行路径规划是该发明中重点解决的问题。在分层之后，得到了一系列的二维平面图形，在对二维图形中的每一个组件进行规划路径之前，要标记好组件的类型，在软件中我们定义了组件的类型：内墙、外墙、填充、上下表面、支撑等部分。在确定好这几部分之后，进行相应的走刀路径规划。路径规划中对每一层的打印都是先打印边线，再对边线内部填充，边线可以打印多层，最外层的边线称为外墙(wall-outer)，其他的统称为内墙(wall-inner)，内外墙的区分是因为外墙会被人观察到，由它造成的阶梯效应影响表面质量，因此，我们要想办法去掉外墙这部分，所以这一部分的路径规划正是减材的刀具路径；内墙是内部填充起增加强度的作用。对增减材复合制造要求内部填充率是100％，这样是保证零件足够的强度和减材的需要。每完成一层的路径规划，就在z轴方向调整一个层高，继续下一层打印，直至打印完成。

本发明提出的总体思路：由于增材完进行减材的方式无法满足零件表面质量和精度，本发明提出了在加工过程中增材和减材交替进行，“边打边切”即：需要增材的时候就要增材，需要减材的时候就要减材。这就需要减材制造控制能在增材制造的过程中，根据模型分析自动规划走刀路径，在叠加几层或者实体叠加完成以后通过减材去除材料，使表面质量达到规定要求。

实施例一

本实施例公开了一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：接收待打印模型的增材制造数控代码；

步骤2：解析所述数控代码，获取模型层数和层高；

步骤3：接收用户输入的减材制造工艺参数；所述减材制造工艺参数包括切削分层数，即“边打边切”中每次进行减材前增材的层数，即增材多少层进行减材，结合打印的层高(h)，从而确定需要切削的高度(h＝n*h)，每次减材前增材的层整体记为特征层；

步骤4：针对每个特征层对应的增材制造数控代码，从所述增材制造数控代码中提取增材制造的特征代码，替换成减材制造的特征代码，生成所述特征层对应的减材制造数控代码。所述步骤4具体实现方法为：解析所述特征层的增材制造数控代码，提取要减材部分的刀具路径代码，即外墙(wall-outer)，去掉外墙(wall-outer)部分数控代码送丝长度a，加入控制主轴开关代码以及减材工艺参数代码，如主轴转速s，径向切深z，进给速度m等。

步骤5：根据各特征层对应的增材制造数控代码和减材制造数控代码生成增材和减材复合的数控代码。

所述增材和减材复合的数控代码是由每个特征层的增材制造数控代码和减材制造数控代码组成的。

可选地，若所述模型文件为stl文件，首先通过转换工具转换为增材制造数控代码。

可选地，解析所述增材制造数控代码，得到并显示打印层数、熔丝温度、平台温度、线材直径、喷嘴直径和打印层厚。

输入的减材制造工艺参数包括：切削分层、主轴转速、径向切深、轴向切深和进给速度。

为了更清楚的阐述本实施例，所述增材和减材复合的g代码生成过程可描述如下：

1、接收待打印模型的增材制造g代码，并解析出其参数信息进行显示；例如：

layer1：wall-inner1，wall-outer1，fill1；

layer2：wall-inner2，wall-outer2，fill2；layer3：wall-inner3，wall-outer3，fill3；

……

layern：wall-innern，wall-outern，filln；

2、接收用户输入的减材制造工艺参数，如切削分层＝5、主轴转速＝12000、径向切深＝0.4mm、轴向切深＝0.5mm和进给速度1500mm/min；

3、切削分层，特征层数和层高，特征层数表示增材多少层后进行减材；

4、对各特征层的增材g代码进行特征提取，去除增材部分的特征代码，如a500送丝长度500mm，加入减材部分的特征代码，如s10000主轴转速10000r/min，即生成了该特征层对应的减材g代码；

5、将各特征层的增材和减材g代码综合在一起即得到了增材和减材复合g代码。例如：

layer1：wall-inner1，wall-outer1，fill1；

……

layern1：wall-innern1，wall-outern1，filln1；

g-n1；

……

layern2：wall-innern2，wall-outern2，filln2；g-n2；

……

layern3：wall-innern3，wall-outern3，filln3；

g-n3；

……

end

其中，layer1-n1表示第一个特征层的增材制造g代码，g-n1表示该特征层相应的减材制造g代码。

图3是采用本发明代码生成方法所设计的软件界面示例。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置。

一种面向熔融成型与切削复合加工的数控代码生成装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下接收待打印模型的增材制造数控代码；

接收用户输入的减材制造工艺参数，所述减材制造工艺参数包括切削分层数，表示每次进行减材前增材的层数，这些层即为特征层；

针对每个特征层对应的增材制造数控代码，从所述增材制造数控代码中提取增材制造的特征代码，替换成减材制造的特征代码；生成所述特征层对应的减材制造数控代码；

根据各特征层对应的增材制造数控代码和减材制造数控代码生成增材和减材复合的数控代码。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行：

接收待打印模型的增材制造数控代码；

接收用户输入的减材制造工艺参数，所述减材制造工艺参数包括切削分层数，表示每次进行减材前增材的层数，这些层即为特征层；

针对每个特征层对应的增材制造数控代码，从所述增材制造数控代码中提取增材制造的特征代码，替换成减材制造的特征代码；生成所述特征层对应的减材制造数控代码；

根据各特征层对应的增材制造数控代码和减材制造数控代码生成增材和减材复合的数控代码。

以上实施例二和三的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本发明针对增材制造模型表面质量不高的问题，设计了一种增材减材交替进行的方法，确定每增材多少层高进行减材，减材时将这部分路径提取出来，根据用户输入的减材加工的工艺参数，如主轴转速，进给速度，进给量等，生成减材的gcode，最后将增材减材加工代码集成到一起得到符合数控代码，相比于传统的增材完成后再进行检测的方式，采用本发明生成的数控代码能够得到表面质量更好的模型。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。